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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Verschlüsse. Optische
Verschlüsse
werden zum Steuern des Durchlassgrades von Licht verwendet, das
bei holografischen Speichereinheiten oder optischen Kommunikationsvorrichtungen
verwendet wird; im Spezielleren bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf einen optischen Verschluss, mit dem sich der Lichtdurchlassgrad
mittels eines geringfügigen Vorgangs
variieren lässt.
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Mechanische
optische Verschlüsse,
die das Übertragen/Blockieren
von Licht steuern, sind derzeit bekannt und werden bei optischen
Vorrichtungen, wie z.B. optischen Speichereinheiten, optischen Logikeinheiten
und optischen Kommunikationsvorrichtungen häufig verwendet. Ein solcher
herkömmlicher mechanischer
optischer Verschluss ist z.B. in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 9-218360 offenbart. Der mechanische optische Verschluss steuert
das Übertragen/Blockieren von
Licht durch Betätigung
von Lichtabschirmplatten, die in einem Lichtweg bzw. Strahlengang
angeordnet sind, um dadurch den Lichtweg zu öffnen oder zu schließen. Abgesehen
von einem solchen optischen Verschluss, der den Lichtweg durch parallele
Bewegung der Lichtabschirmplatten öffnet oder schließt, gibt
es auch andere mechanische optische Verschlüsse, die Lichtwege durch rotationsmäßiges Bewegen
von Lichtabschirmplatten öffnen
oder schließen.
In beiden Fällen
werden Lichtabschirmplatten betätigt,
um den Lichtweg zu öffnen
oder zu schließen.
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Bei
Speichereinheiten, die holografische Prinzipien verwenden (wobei
diese im Folgenden als „holografische
Speichereinheiten" bezeichnet
werden), wird pulsiertes Licht als Referenzstrahl und als Strahl
zum Beleuchten eines Gegenstands verwendet, wobei das pulsierte
Licht unter Verwendung von optischen Verschlüssen gebildet wird. In diesem
Fall ist eine höhere
Ansprechgeschwindigkeit bevorzugt.
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Herkömmliche
mechanische optische Verschlüsse
benötigen
jedoch eine minimale Bewegung in der Größenordnung von 10 μm für die Lichtabschirmplatten,
um die Lichtwege zu öffnen
oder zu schließen.
Jede der Lichtabschirmplatten, auch eine sehr kleine, hat ein gewisses
Gewicht, und aus diesem Grund ist die Ansprechgeschwindigkeit auf
ca. 200 μs
begrenzt. Da holografische Speichereinheiten eine Ansprechgeschwindigkeit
von 50 μs
oder weniger benötigen,
ist es notwendig, die Ansprechgeschwindigkeit gegenüber der
mittels herkömmlicher Techniken
erzielbaren in signifikanter Weise zu steigern. Optische Verschlüsse, die
eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erreichen, sind z.B. auf dem Gebiet der
optischen Kommunikation sowie bei holografischen Speichereinheiten
wünschenswert.
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Bei
herkömmlichen
mechanischen optischen Verschlüssen
sind die zum antriebsmäßigen Bewegen
der Lichtabschirmplatten erforderlichen Mechanismen aufgrund der
großen
Distanzen, über
die sich die Lichtabschirmplatten bewegen müssen, unweigerlich groß. Für Lichtabschirmplatten,
die durch piezoelektrische Elemente antriebsmäßig bewegt werden, sind gesteigerte
Dicken dieser piezoelektrischen Elemente erforderlich, um die Lichtabschirmplatten über eine
große
Distanz zu bewegen, da die Lichtabschirmplatten in Abhängigkeit
von ihrer Dicke in einem vorbestimmten Verhältnis expandieren oder schrumpfen.
Als Ergebnis hiervon sind die Einheiten insgesamt unvermeidbar groß.
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Weitere
optische Verschlüsse,
die mehrlagige Filter verwenden, sind in den US-Patentschriften Nr. 5 142 414, 5 430
574 und 2003/081319 offenbart.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten
optischen Verschlusses.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein optischer Verschluss geschaffen, der Folgendes
aufweist: ein erstes und ein zweites mehrlagiges Filter, die unter
Freilassung eines Spalts dazwischen angeordnet sind und zum Steuern
des Lichtdurchlassgrades von durch diese hindurch gehendem Licht
dienen, wobei es sich bei einem der Filter um ein feststehendes
Filter und bei dem anderen um ein bewegliches Filter handelt, und
winzige Antriebselemente, die an dem beweglichen Filter vorgesehen
sind, um das bewegliche Filter zum Variieren der Distanz zwischen
dem feststehenden Filter und dem beweglichen Filter zu verlagern
und damit die Größe des Spalts
zu variieren, gekennzeichnet durch eine Erhebung mit vorbestimmter
Größe, die
an dem feststehenden Filter angeordnet ist und derart positioniert ist,
dass das bewegliche Filter an dieser angreifen kann, wenn es durch
die Antriebselemente antriebsmäßig bewegt
wird, um dadurch die minimale Größe des Spalts
zu begrenzen, und durch einen Anschlag, der derart positioniert
ist, dass das bewegliche Filter an diesem angreifen kann, wenn es
durch die Antriebselemente antriebsmäßig bewegt wird, um dadurch
die maximale Größe des Spalts
zu begrenzen.
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Bei
dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung können die
winzigen Antriebselemente mit dem beweglichen Filter mittels elastischer
Verbindungsschichten dazwischen verbunden sein.
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Als
Ergebnis hiervon wird Fehlern bei der von den winzigen Antriebselementen
zurückgelegten Distanz
Rechnung getragen, und auf diese Weise wird das bewegliche Filter
exakt betätigt.
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Gemäß dem optischen
Verschluss der vorliegenden Erfindung können das feststehende Filter, der
Spalt und das bewegliche Filter die Funktion eines Bandpassfilters
haben. Als Ergebnis hiervon erlaubt eine geringfügige Änderung bei der Distanz des Spalts
eine starke Variation des Lichtdurchlassgrades in dem Filter insgesamt,
und auf diese Weise wird ein Umschalten zwischen dem Übertragen/Blockieren
von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durch einen geringfügigen Vorgang
erzielt.
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Bei
dem optischen Verschluss der vorliegenden Erfindung können das
feststehende Filter, der Spalt und das bewegliche Filter die Funktion
eines Minus-Filters haben, und ein vorbestimmter Wellenlängenbereich,
in dem der Durchlassgrad gesteuert wird, kann in einem harmonischen
Bereich der Durchlasseigenschaften des Minus-Filters liegen.
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Gemäß dem optischen
Verschluss der vorliegenden Erfindung können das feststehende Filter, der
Spalt und das bewegliche Filter die Funktion eines Minus-Filters
haben, wobei der vorbestimmte Wellenlängenbereich, in dem der Durchlassgrad
gesteuert wird, in dem harmonischen Bereich der Durchlasseigenschaften
des Minus-Filters liegt. Als Ergebnis hiervon ist das Schwankungsausmaß bei dem
Durchlassgrad in dem Filter insgesamt in Abhängigkeit von der Distanzänderung
des Spalts kleiner als der Schwankungsgrad bei einem Bandpassfilter,
und somit wird der Lichtdurchlassgrad in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich
durch Steuern der Distanz des Spalts variiert.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf
die schematischen Begleitzeichnungen erläutert; darin zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
in einem Zustand, in dem der optische Verschluss eingeschaltet bleibt;
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2 eine
Schnittdarstellung des optischen Verschlusses gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
in einem Zustand, in dem der optische Verschluss ausgeschaltet bleibt;
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3 eine
Darstellung der Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
in dem Zustand, in dem der optische Verschluss eingeschaltet bleibt;
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4 eine
Darstellung der Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
in dem Zustand, in dem der optische Verschluss ausgeschaltet bleibt;
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5 eine
Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses
des ersten Ausführungsbeispiels
in dem Zustand, in dem der optische Verschluss eingeschaltet bleibt;
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6 eine
Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses
des ersten Ausführungsbeispiels
in dem Zustand, in dem der optische Verschluss ausgeschaltet bleibt;
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7 eine
Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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8 eine
Draufsicht auf den optischen Verschluss des zweiten Ausführungsbeispiels;
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9 eine
schematische Darstellung einer optischen Kommunikationsvorrichtung,
die den optischen Verschluss des zweiten Ausführungsbeispiels beinhaltet;
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10 eine
Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses in einem zwischengeordneten Zustand
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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11 eine
Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses
des dritten Ausführungsbeispiels,
wenn der optische Verschluss einen maximalen Durchlassgrad hat;
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12 eine
Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses
des dritten Ausführungsbeispiels,
wenn der optische Verschluss einen mittleren Durchlassgrad hat;
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13 eine
Darstellung der Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses
des dritten Ausführungsbeispiels,
wenn der optische Verschluss einen minimalen Durchlassgrad hat;
und
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14 eine
schematische Darstellung eines variablen Verzweigungsmoduls mit
zwei optischen Verschlüssen
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen ausführlich
beschrieben. 1 zeigt eine Schnittdarstellung
eines optischen Verschlusses 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
in einem EIN-Zustand, und 2 zeigt
eine Schnittdarstellung des optischen Verschlusses 1 in
einem AUS-Zustand. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt ist, beinhaltet
der optische Verschluss 1 ein mehrlagiges feststehendes
Filter 2 und ein mehrlagiges bewegliche Filter 3,
die unter Freilassung eines Spalts 4 dazwischen angeordnet
sind. Das bewegliche Filter 3 ist mit winzigen Antriebselementen 5,
die durch Anlegen eines elektrischen Feldes antriebsmäßig bewegt
werden, unter Verwendung von elastischen Verbindungs schichten 6 dazwischen
verbunden und somit in Bezug auf die Zeichnungen in Vertikalrichtung
beweglich.
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Die
winzigen Antriebselemente 5 sind aus piezoelektrischen
Elementen gebildet, und ein Variieren des an diese Elemente angelegten
elektrischen Feldes ermöglicht
den winzigen Antriebselementen 5 ein Expandieren oder Schrumpfen.
Das Betätigen der
winzigen Antriebselemente 5 ermöglicht dem beweglichen Filter 3 die
Ausführung
einer Bewegung in der in Bezug auf die Zeichnungen vertikalen Richtung.
Dadurch wird die Distanz variiert, die zwischen dem feststehenden
Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 vorhanden
ist. Gemäß dem optischen
Verschluss der vorliegenden Erfindung werden durch Variieren der
Distanz des Spalts 4 die Durchlassgrad-Eigenschaften des
Filters insgesamt verändert, das
durch das feststehende Filter 2, das bewegliche Filter 3 und
den Spalt 4 gebildet ist, um dadurch das Übertragen/Blockieren
von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu steuern. Da
das bewegliche Filter 3 und die winzigen Antriebselemente 5 unter
Verwendung von elastischen Verbindungsschichten 6 dazwischen
miteinander verbunden sind, wird Fehlern im Betrieb der winzigen
Antriebselemente 5 durch die elastischen Verbindungsschichten 6 Rechnung
getragen.
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Das
feststehende Filter 2 weist an dem Umfang der dem beweglichen
Filter 3 zugewandt gegenüber liegenden Fläche eine
Erhebung 2a auf. Die Erhebung 2a muss exakt ausgebildet
sein, so dass sie eine vorbestimmte Höhe aufweist. Zum Bilden der
Erhebung 2a wird das Licht-durchlassende Zentrum des feststehenden
Filters 2 bei dem letzten Aufbringschritt des Verfahrens
zum Aufbringen bzw. Niederschlagen des mehrlagigen Filters maskiert,
und anschließend
wird nur der Umfang der Oberfläche
des feststehenden Filters 2 auf die vorbestimmte Höhe beschichtet.
Auf diese Weise wird die Erhebung 2a exakt gebildet.
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Wie
in 1 gezeigt ist, kommt das bewegliche Filter 3 dem
feststehenden Filter 2 am nächsten, d.h. es kommt in Berührung mit
einer oberen Oberfläche
der Erhebung 2a, wenn die winzigen Antriebselemente 5 am
stärksten
schrumpfen. Auf diese Weise bestimmt die Höhe der Erhebung 2a den
Zustand, in dem der Spalt 4 eine minimale Distanz aufweist.
In diesem Zustand ist die Distanz des zwischen dem feststehenden
Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 gebildeten
Spalts 4 derart vorgegeben, dass das Filter insgesamt als
Bandpassfilter wirkt, das Licht in ei nem vorbestimmten Wellenlängenbereich überträgt. Wenn
die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten schrumpfen, bleibt der
optische Verschluss 1 für
das Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich eingeschaltet.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Distanz des Spalts 4 im eingeschalteten Zustand
mit 200 nm gewählt,
und aus diesem Grund ist die Erhebung 2a derart ausgebildet,
dass ihre Höhe
200 nm beträgt.
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Im
Gegensatz dazu ist in der in 2 dargestellten
Weise das bewegliche Filter 3 am weitesten von dem feststehenden
Filter 2 entfernt, d.h. es gelangt in Berührung mit
einem in dem optischen Verschluss 1 vorgesehenen Anschlag 7,
wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten expandieren. Auf
diese Weise bestimmt die Position einer Bodenfläche des Anschlags 7 den
Zustand, in dem der Spalt 4 eine maximale Distanz hat.
In diesem Zustand ist die Distanz des zwischen dem feststehenden
Filter 2 und dem beweglichen Filter 3 gebildeten Spalts 4 derart
vorgegeben, dass das Filter insgesamt Licht in dem vorbestimmten
Wellenlängenbereich
reflektiert. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten expandieren,
bleibt der optische Verschluss 1 für das Licht in dem vorbestimmten
Wellenlängenbereich
ausgeschaltet.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Distanz des Spalts 4 im ausgeschalteten Zustand mit
700 nm gewählt,
und die von dem beweglichen Filter 3 zurückgelegte
Distanz zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand beträgt somit
500 nm. Im Vergleich zu herkömmlichen
optischen Verschlüssen
wird der Schaltvorgang erzielt unter Bewegung des beweglichen Filters 3 über eine
kleinere Distanz. Da die piezoelektrischen Elemente, die die winzigen
Antriebselemente 5 bilden, während der Anlegung eines elektrischen
Feldes maximal um 0,1 % expandieren, ist es notwendig, die Dicke
der winzigen Antriebselemente 5 mit 500 μm vorzugeben,
um eine Bewegungsdistanz von 500 nm für das bewegliche Filter 3 zu
erzielen.
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3 veranschaulicht
die Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke der mehrlagigen
Filter, wenn sich der optische Verschluss 1 im EIN-Zustand
befindet. Bei diesem Ausführungsbeispiel
dient das gesamte Filter als Schalter für Licht in einem Wellenlängenbereich
um 400 nm. In dieser Zeichnung veranschaulichen die horizontale
Achse und die vertikale Achse die Richtung der Schichtdicke bzw.
den Brechungsindex. Der Bereich A veranschaulicht das feststehende
Filter 2, das aus Schichten mit hoher Brechung, die jeweils
einen hohen Brechungsindex aufweisen, sowie aus Schichten mit niedriger
Brechung, die jeweils einen niedrigen Brechungsindex aufweisen,
in einander abwechselnder Weise gebildet ist. Die Schichten mit
hoher Brechung sind aus TiO2 und dergleichen
hergestellt, und die Schichten mit niedriger Brechung sind aus SiO2 und dergleichen hergestellt. Der Bereich
B veranschaulicht den Spalt 4, der zwischen dem feststehenden Filter 2 und
dem beweglichen Filter 3 gebildet ist. Der Bereich B hat
eine Dicke von 200 nm und einen Brechungsindex von 1,0. Der Bereich
C veranschaulicht das bewegliche Filter 3 und hat die gleiche
Konstruktion wie das feststehende Filter 2.
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5 veranschaulicht
die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften, wenn die in 3 dargestellten Bereiche
A bis C als Einzelfilter betrachtet werden. Wie in 5 gezeigt
ist, kann dann, wenn der Spalt 4 eine minimale Distanz
hat, Licht in einem Wellenlängenbereich
um ca. 400 nm im Wesentlichen übertragen
werden. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am stärksten schrumpfen,
bleibt als Ergebnis hiervon das Filter insgesamt eingeschaltet,
um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu übertragen.
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4 veranschaulicht
die Brechungsindexverteilung in Richtung der Dicke der mehrlagigen
Filter, wenn sich der optische Verschluss 1 im AUS-Zustand
befindet. 4 unterscheidet sich von 3 darin,
dass die Dicke des dem Spalt 4 entsprechenden Bereichs
B 700 nm beträgt.
Das bewegliche Filter 3 ist somit in Richtung der Schichtdicke
verlagert. 6 veranschaulicht die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften,
wenn die in 4 dargestellten Bereiche A bis
C als Einzelfilter betrachtet werden. Wie in 6 gezeigt
ist, hat dann, wenn der Spalt 4 eine maximale Distanz aufweist,
das Gesamtfilter einen Durchlassgrad von null in einem Wellenlängenbereich
um 400 nm, d.h. es reflektiert das Licht vollständig. Wenn die winzigen Antriebselemente 5 am
meisten expandieren, bleibt somit das Filter insgesamt ausgeschaltet, um
Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren.
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Die
Betätigung
des beweglichen Filters 3 erlaubt somit ein Variieren der
Distanz des zwischen dem beweglichen Filter 3 und dem feststehenden
Filter 2 gebildeten Spalts, um dadurch zwischen dem Übertragen/Blockieren
von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich umzuschalten. Auf diese
Weise wird ein Umschalten durch einen geringfügigen Vorgang erzielt. Da die
Hubbewegungs strecke bei diesem Vorgang kürzer ist als bei herkömmlichen
optischen Verschlüssen,
die den Lichtweg mittels Lichtabschirmplatten blockieren, ist die
Ansprechgeschwindigkeit beim Umschalten schneller. Dadurch wird
ein optischer Verschluss mit hoher Geschwindigkeit erzielt. Darüber hinaus
ist zum Umschalten nur ein geringfügiger Vorgang notwendig, so dass
die körperliche
Größe des optischen
Verschlusses verringert wird.
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Im
Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 zeigt
eine Schnittdarstellung eines optischen Verschlusses 1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
und 8 zeigt eine Draufsicht auf den optischen Verschluss 1 dieses
Ausführungsbeispiels.
Bei dem optischen Verschluss 1 dieses Ausführungsbeispiels
sind ein feststehendes Filter 2 und ein bewegliches Filter 3 zwischen
Substraten 8 mit zentralen Stiftlöchern sandwichartig angeordnet.
Wie in 8 gezeigt ist, sind winzige Antriebselemente 5 an
vier Stellen um den Umfang des optischen Verschlusses 1 herum
angeordnet. Eines der Substrate 8, das dem beweglichen
Filter 3 benachbart ist, hat im Betrieb des beweglichen
Filters 3 die Funktion eines Anschlags 7.
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9 veranschaulicht
eine optische Kommunikationsvorrichtung, die den optischen Verschluss 1 des
zweiten Ausführungsbeispiels
beinhaltet. Wie in dieser Zeichnung zu sehen ist, weist die optische
Kommunikationsvorrichtung eine Schaltereinheit 10 auf,
in der sowohl der optische Verschluss 1 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
als auch eine Linse 11 zwischen einem Doppelader-Lichtleiter 12 für Eingangslicht
und einem Einzelader-Lichtleiter 13 für Ausgangslicht untergebracht
sind. Bei dieser optischen Kommunikationsvorrichtung kann durch Betätigung des
optischen Verschlusses 1 zwischen der Übertragung von Licht, das aus
einer Lichtleiterader 12a austritt, bei der es sich um
die eine Ader des Doppelader-Lichtleiters 12 handelt, zu
einer Lichtleiterader 13a des Einzelader-Lichtleiters 13 sowie
der Reflexion des Lichts zum Übertragen
des reflektierten Licht zu einer Lichtleiterader 12b, bei
der es sich um die andere Ader des Doppelader-Lichtleiters 12 handelt,
umgeschaltet werden.
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Wie
in 9 gezeigt ist, wird von dem Doppelader-Lichtleiter 12 austretendes
Licht durch die asphärische
Linse 11 gesammelt und dann in den optischen Verschluss 1 eingeleitet.
Der optische Verschluss 11 erlaubt den Substraten 8,
die auf einer Eingangslichtseite und einer Ausgangslichtseite angeordnet
sind, als Blenden mit Stiftlöchern
zu wirken. Gemäß den Eigenschaften
des Filters insgesamt, das durch das feststehende Filter 2,
das bewegliche Filter 3 und den Spalt 4 gebildet
ist, die zwischen den Substraten 8 angeordnet sind, wird
das Licht durchgelassen bzw. übertragen
oder reflektiert. Das Übertragen/Blockieren
von Licht wird durch Variieren der Distanz des Spalts 4 durch
Betätigen
der winzigen Antriebselemente 5 gesteuert, um dadurch die
Eigenschaften des Filters insgesamt zu variieren, wie dies auch
bei dem optischen Verschluss 1 des ersten Ausführungsbeispiels
der Fall ist. Der optische Verschluss 1 des zweiten Ausführungsbeispiels
wird bei solchen optischen Kommunikationsvorrichtungen verwendet,
so dass das Umschalten von Licht mit höherer Ansprechgeschwindigkeit
erzielt wird.
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Im
Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel
erläutert.
Ein optischer Verschluss 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
hat die gleiche Grundkonstruktion wie der des ersten Ausführungsbeispiels,
bei dem das feststehende Filter 2 und das bewegliche Filter 3 unter
Zwischenanordnung des Spalts 4 vorgesehen sind und das
bewegliche Filter 3 durch die winzigen Antriebselemente 5 zum
Variieren der Distanz des Spalts 4 antriebsmäßig bewegt wird.
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Der
optische Verschluss 1 des ersten Ausführungsbeispiels hat die Funktion
eines Schalters zum Umschalten zwischen dem Übertragen/Blockieren von Licht
in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich,
indem die Position des beweglichen Filters 3 derart gesteuert
wird, dass dieses mit der jeweiligen Position ausgerichtet ist,
die durch die Erhebung 2a bzw. den Anschlag 7 definiert
ist. Im Gegensatz dazu wird bei dem optischen Verschluss 1 des
dritten Ausführungsbeispiels
die Position eines beweglichen Filters 3 derart gesteuert,
dass diese mit der Mitte von einer jeweiligen Position ausgerichtet
ist, die durch eine Erhebung 2a bzw. einen Anschlag 7 definiert
ist, um dadurch den Lichtdurchlassgrad zu variieren. Bei dem optischen
Verschluss 1 des dritten Ausführungsbeispiels wird der Lichtdurchlassgrad
in einem Wellenlängenbereich
um 405 nm variiert, wobei das Licht von einem Blaulaser emittiert
wird.
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10 zeigt
eine Schnittdarstellung des optischen Verschlusses 1, wenn
das bewegliche Filter 3 in einer zwischengeordneten Position
angeordnet ist. Da die Erhebung 2a an einem feststehenden
Filter 2 und der Anschlag 7 die Betätigung des
beweglichen Filters 3 begrenzen, bewegt sich das bewegliche
Filter 3 in Be zug auf die Zeichnung in Vertikalrichtung
in dem durch die Erhebung 2a und den Anschlag 7 begrenzten
Bereich. Die Anordnung des beweglichen Filters 3 in der
zwischengeordneten Position kann durch Einstellen der Anlegung eines
elektrischen Feldes an winzige Antriebselemente 5 bildende
piezoelektrische Elemente erfolgen.
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Wenn
die mehrlagigen Filter und der Spalt 4 die Funktion eines
Bandpassfilters haben, führt
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
eine sehr kleine Veränderung
bei der Distanz des Spalts 4 zu einer starken Veränderung
des Lichtdurchlassgrads. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist zum Ausführen von
einfachen Einschalt- und Ausschaltvorgängen ein Bandpassfilter von
Vorteil, da der Umschaltvorgang durch einen geringfügigen Betätigungsvorgang erzielt
wird. Im Gegensatz dazu ist es bei dem dritten Ausführungsbeispiel
zum Steuern des Lichtdurchlassgrads in der zwischengeordneten Position
wünschenswert,
dass das Änderungsausmaß bei dem Lichtdurchlassgrad
in Abhängigkeit
von der Veränderung
bei der Distanz des Spalts 4 geringer ist.
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Daher
haben bei dem dritten Ausführungsbeispiel
die mehrlagigen Filter und der Spalt 4 die Funktion eines
Minus-Filters, das Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich
reflektiert. Für
die Lichtdurchlasseigenschaften des Minus-Filters beträgt der Lichtdurchlassgrad
in einem bestimmten Wellenlängenbereich
im Wesentlichen 0%, wobei eine Mehrzahl von Welligkeitsbereichen
vor sowie anschließend
an den Wellenlängenbereich
auftritt und wobei eine Mehrzahl von Wellenlängenbereichen mit niedrigerem
Durchlassgrad auftritt. Die Bereiche, in denen Welligkeit auftritt,
werden als harmonische Bereiche bezeichnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist in den harmonischen Bereichen bei den Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften
dieses Minus-Filters das Filter insgesamt derart ausgebildet, dass
Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich übertragen
wird oder nicht übertragen wird.
Dadurch erreicht man eine geringfügigere Schwankung bei dem Durchlassgrad
in Abhängigkeit von
der Änderung
bei der Distanz des Spalts 4.
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11 veranschaulicht
die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses 1 des
dritten Ausführungsbeispiels,
wenn der optische Verschluss 1 maximalen Durchlassgrad
hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Höhe
der Erhebung 2a 1 μm,
und die minimale Distanz des Spalts 4 beträgt 1 μm. In diesem
Fall beträgt
in der in der in 11 dargestellten Weise bei einer
Wellenlänge von
405 nm der Durchlassgrad 90% oder mehr, so dass nahezu das gesamte
Licht übertragen
wird. Ein vorgegebener Wert zum Reflektieren von Licht bei dem Minus-Filter
besteht in dem Wellenlängenbereich
unter 405 nm. Wenn die Distanz des Spalts 4 durch Betätigen des
beweglichen Filters 3 erhöht wird, werden die Positionen
der Welligkeiten in einen Bereich mit kürzerer Wellenlänge verlagert.
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12 veranschaulicht
die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses 1 des
dritten Ausführungsbeispiels,
wenn der optische Verschluss 1 einen mittleren Lichtdurchlassgrad
hat. In dieser Zeichnung ist ein Fall dargestellt, in dem das bewegliche
Filter 3 bei Anlegung eines elektrischen Feldes an die
winzigen Antriebselemente 5 bewegt wird und die Distanz
des Spalts 4 7 μm
beträgt. Wie
in 12 gezeigt ist, beträgt in diesem Fall der Durchlassgrad
bei einer Wellenlänge
von 405 nm ca. 65%, so dass der Durchlassgrad geringer ist als in 11.
Das Schwankungsausmaß bei
den Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften in Abhängigkeit von den Änderungen
bei der Distanz des Spalts 4 ist relativ gering, und somit
kann der Lichtdurchlassgrad in Abhängigkeit von der Änderung
bei der Distanz des Spalts 4 auf einen beliebigen Wert
gesetzt werden.
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13 veranschaulicht
die Lichtdurchlassgrad-Eigenschaften des optischen Verschlusses 1 des
dritten Ausführungsbeispiels,
wenn der optische Verschluss 1 einen minimalen Durchlassgrad
aufweist. In dieser Zeichnung ist ein Fall dargestellt, in dem die
winzigen Antriebselemente 5 in die maximale Position expandiert
sind und mit dem Anschlag 7 in Kontakt gelangen, wobei
die Distanz des Spalts 4 9 μm beträgt. Wie in 13 gezeigt
ist, beträgt
in diesem Fall bei einer Wellenlänge
von 405 nm der Durchlassgrad im Wesentlichen 0% bei dem Minimum
von den Bodenbereichen der Welligkeiten, und somit wird nahezu das
gesamte eintretende Licht reflektiert. Das Filter insgesamt ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
derart konfiguriert, dass die Position des beweglichen Filters 3 durch
die winzigen Antriebselemente 5 eingestellt wird, so dass
sich ein optischer Verschluss erzielen lässt, bei dem sich der Lichtdurchlassgrad
in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich
variieren lässt.
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14 zeigt
eine schematische Darstellung eines variablen Verzweigungsmoduls
mit zwei optischen Verschlüssen 1 gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel.
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Dieses
variable Verzweigungsmodul kann als Vorrichtung zum Teilen von Licht
in einen Referenzstrahl und einen Strahl zum Beleuchten eines Gegenstands
sowie auch zum Steuern des Intensitätsverhältnisses zwischen diesen Strahlen
in einer holografischen Speichereinheit verwendet werden. Das variable
Verzweigungsmodul ist nicht auf die Verwendung als eine derartige
Vorrichtung beschränkt,
sondern kann auch als allgemeine optische Verzweigungsvorrichtung
verwendet werden. Wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel hat auch bei
jedem der optischen Verschlüsse 1 des
vierten Ausführungsbeispiels
das Filter insgesamt die Funktion eines Minus-Filters, wobei die
Position eines beweglichen Filters 3 durch winzige Antriebselemente 5 eingestellt
wird. Der optische Verschluss 1 weist Substrate 8 auf,
die als Blenden wirken, wie dies auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Fall ist.
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Wie
in 14 gezeigt ist, teilt dieses variable Verzweigungsmodul
als erstes eintretendes Licht durch ein polarisierendes Verzweigungsfilter 20,
wie z.B. ein PBS-Prisma.
Im Spezielleren teilt es das eintretende Licht durch Übertragen
von einem abgeteilten Anteil und Reflektieren von einem anderen
abgeteilten Anteil in Abhängigkeit
von der Polarisierungsrichtung des Lichts. Genauer gesagt teilt
das polarisierende Verzweigungsfilter 20, wenn es in einem Winkel
von ca. 45° in
Richtung auf das eintretende Licht geneigt ist, das eintretende
Licht, das sowohl einen p-polarisierten Strahl als auch einen s-polarisierten
Strahl beinhaltet, in einer derartigen Weise, dass der p-polarisierte
Strahl übertragen
wird und der s-polarisierte Strahl orthogonal zu dem eintretenden Licht
reflektiert wird.
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Die
optischen Verschlüsse 1 dieses
Ausführungsbeispiels
sind in Lichtwegen des übertragenen p-polarisierten
Strahls und des reflektierten s-polarisierten Strahls angeordnet.
Durch Steuern des Lichtdurchlassgrads bei den optischen Verschlüssen 1 lässt sich
das Intensitätsverhältnis eines
jeden der polarisierten Strahlen steuern. Wenn nur das Intensitätsverhältnis der
polarisierten Strahlen gesteuert wird, kann einer der optischen
Verschlüsse 1 in
einem der Lichtwege des p-polarisierten Strahls und des s-polarisierten
Strahls angeordnet werden. Wenn die optischen Verschlüsse 1 in
beiden Lichtwegen der polarisierten Strahlen angeordnet sind, kann nicht
nur das Intensitätsverhältnis der
polarisierten Strahlen, sondern auch ein Absolutwert des Intensitätsverhältnisses
ohne Veränderung
des Intensitätsverhältnisses
gesteuert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf die vorstehenden
bevorzugten Ausführungsbeispiele
ausführlich
beschrieben worden, jedoch ist sie nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.